現在(zai)(zai)，壓(ya)力(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)是(shi)典(dian)型(xing)的(de)(de)(de)汽(qi)車(che)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)，它廣泛地應用在(zai)(zai)汽(qi)車(che)上。汽(qi)車(che)壓(ya)力(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)歷(li)史開始于(yu)1979年，用于(yu)引擎燃燒控制的(de)(de)(de)多種絕對壓(ya)力(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)。隨后，它被(bei)廣泛地用于(yu)高壓(ya)場(chang)合(he)，如(ru)懸(xuan)掛壓(ya)力(li)(li)探測和空調制冷壓(ya)力(li)(li)探測。在(zai)(zai)引入(ru)ＯＢＤ（車(che)載自動診(zhen)斷系(xi)統）后，壓(ya)力(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)也擴展到了(le)(le)低壓(ya)場(chang)合(he)，如(ru)揮(hui)發的(de)(de)(de)汽(qi)油(you)泄漏探測。現在(zai)(zai)，壓(ya)力(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)更進一步(bu)地擴展到了(le)(le)高壓(ya)場(chang)合(he)，如(ru)汽(qi)油(you)燃燒噴射(she)和柴(chai)油(you)共軌(gui)燃燒噴射(she)系(xi)統。顯(xian)然，壓(ya)力(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)汽(qi)車(che)上有廣闊的(de)(de)(de)發展前景。

壓(ya)力傳感器工作原理(li)部分

壓(ya)(ya)(ya)力(li)傳感(gan)器可(ke)以廣(guang)義地分為三類(lei)：壓(ya)(ya)(ya)阻式壓(ya)(ya)(ya)力(li)傳感(gan)器、電容(rong)式壓(ya)(ya)(ya)力(li)傳感(gan)器和(he)壓(ya)(ya)(ya)電式壓(ya)(ya)(ya)力(li)傳感(gan)器。

下面，本文將先(xian)介(jie)紹壓(ya)阻式壓(ya)力傳感(gan)器的(de)(de)工作原理，再(zai)介(jie)紹應用于(yu)汽車(che)的(de)(de)MEMS技(ji)術智能化(hua)硅壓(ya)阻式壓(ya)力傳感(gan)器的(de)(de)工作原理。

2.1壓阻式壓力傳感器

壓(ya)(ya)(ya)阻(zu)(zu)式壓(ya)(ya)(ya)力傳感器(qi)的(de)壓(ya)(ya)(ya)力敏感元(yuan)件(jian)是(shi)(shi)壓(ya)(ya)(ya)阻(zu)(zu)元(yuan)件(jian)，它是(shi)(shi)基于(yu)(yu)壓(ya)(ya)(ya)阻(zu)(zu)效應工(gong)作的(de)。所謂壓(ya)(ya)(ya)阻(zu)(zu)元(yuan)件(jian)實際上(shang)就是(shi)(shi)指(zhi)在(zai)半導體(ti)材料的(de)基片(pian)上(shang)用(yong)集成電(dian)路工(gong)藝(yi)制(zhi)成的(de)擴(kuo)散電(dian)阻(zu)(zu)，當它受外力作用(yong)時(shi)，其阻(zu)(zu)值由(you)于(yu)(yu)電(dian)阻(zu)(zu)率的(de)變化而改變。擴(kuo)散電(dian)阻(zu)(zu)正常工(gong)作時(shi)需依附于(yu)(yu)彈性(xing)元(yuan)件(jian)，常用(yong)的(de)是(shi)(shi)單(dan)晶硅膜片(pian)。

壓(ya)阻(zu)芯片(pian)(pian)采用(yong)周邊固定的(de)硅杯結構(gou)，封裝在外(wai)殼內。在一(yi)(yi)塊圓形的(de)單晶硅膜(mo)片(pian)(pian)上，布(bu)置(zhi)四個(ge)(ge)(ge)擴散電(dian)阻(zu)，兩(liang)(liang)片(pian)(pian)位于受壓(ya)應力區，另(ling)外(wai)兩(liang)(liang)片(pian)(pian)位于受拉應力區，它們(men)組(zu)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)全橋測量電(dian)路。硅膜(mo)片(pian)(pian)用(yong)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)圓形硅杯固定，兩(liang)(liang)邊有兩(liang)(liang)個(ge)(ge)(ge)壓(ya)力腔(qiang)，一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)和被測壓(ya)力相連接的(de)高壓(ya)腔(qiang)，另(ling)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)是低壓(ya)腔(qiang)，接參考(kao)壓(ya)力，通常和壓(ya)大氣相通。當存在壓(ya)差(cha)時，膜(mo)片(pian)(pian)產生變(bian)(bian)形，使(shi)兩(liang)(liang)對電(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)發生變(bian)(bian)化，電(dian)橋失去平衡(heng)，其輸(shu)出電(dian)壓(ya)反映膜(mo)片(pian)(pian)兩(liang)(liang)邊承(cheng)受的(de)壓(ya)差(cha)大小。

2.2 MEMS技術的智能化硅壓阻傳(chuan)感器工作原理

為了將壓力(li)信(xin)號轉化為電信(xin)號，采用應(ying)變原理將惠斯頓檢測電橋通(tong)過(guo)MEMS技術(shu)制作(zuo)在(zai)單晶(jing)硅片(pian)上，使得(de)單晶(jing)硅片(pian)成(cheng)為一(yi)個集應(ying)力(li)敏感與力(li)電轉換(huan)為一(yi)體的敏感元件(jian)。

當硅(gui)芯片受到外界的應力作用(yong)時(shi),硅(gui)應變電(dian)橋(qiao)的橋(qiao)臂電(dian)阻將(jiang)產生變化,一般都為惠斯頓電(dian)橋(qiao)檢測模式。

其輸出(chu)電壓(ya)表示為：

Vo=VBΔR/R(R1=R2,R3=R4,ΔR1=ΔR2,ΔR3=R4)

因為電阻的變化直接與應力P有關,則(ze)：

Vo=SPVB±Vos

式中：Vo為(wei)輸(shu)出(chu)電壓，mV；S為(wei)靈(ling)敏度，mV/V/Pa；P為(wei)外力(li)或應力(li)，Pa；VB為(wei)橋壓，V；Vo為(wei)零(ling)位輸(shu)出(chu)，mV。

單一的(de)(de)硅片(pian)芯(xin)片(pian)只能作為一個檢(jian)測(ce)單元(yuan)的(de)(de)一部(bu)分無法獨立完成信號(hao)的(de)(de)轉換(huan),所以(yi)必(bi)須有特(te)定的(de)(de)封裝使(shi)其具備壓力(li)檢(jian)測(ce)的(de)(de)能力(li)。將硅片(pian)芯(xin)片(pian)與PYREX玻璃(li)環靜電封接在一起。PYREX玻璃(li)環作為硅芯(xin)片(pian)的(de)(de)力(li)學固定支撐(cheng)彈性敏(min)感元(yuan)件(jian)并(bing)且使(shi)硅芯(xin)片(pian)與封裝絕緣,PYREX玻璃(li)環的(de)(de)孔恰好成為了傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)參考(kao)壓力(li)腔(qiang)體和電極引線腔(qiang)體。敏(min)感芯(xin)體封接在金屬螺紋底座上形成(cheng)進壓(ya)的(de)(de)腔(qiang)道后，成(cheng)為(wei)一(yi)個可(ke)(ke)安裝的(de)(de)壓(ya)力測量前端(duan)。此封裝技術可(ke)(ke)以(yi)承載(zai)至少15MPa的(de)(de)壓(ya)力,若經特殊處理可(ke)(ke)承載(zai)100MPa的(de)(de)壓(ya)力。

3 技術性(xing)能分(fen)析(xi)

通過靜態特性測試，MEMS技(ji)術的智能(neng)化硅壓阻傳(chuan)感器的技(ji)術指標(biao)如下：

重復性小于±0.2%滿量程

遲滯小(xiao)于(yu)0.1%滿量程

非線性(xing)小于±0.1%滿量程

靈敏(min)度(du)為0.02V/kpa

該傳感器(qi)的分辨率為(wei)100pa

該傳感器的過載能力達200%

而普通(tong)壓阻式壓力傳(chuan)感器技術指標：

測量精度(du)為0.5%（包含線性、重復(fu)性、遲滯(zhi)指(zhi)標）

靈敏度(du)為±0.02%FS/℃

瞬(shun)時過載為兩倍(bei)滿量程

可見(jian)，MEMS技術的智能化硅壓阻(zu)傳感器(qi)是高(gao)穩定(ding)性(xing)、高(gao)靈敏度、寬溫度范圍、小封(feng)裝尺寸(cun)和高(gao)質(zhi)量的獨特組合。其具有更大的應(ying)用優(you)勢(shi)。

4 應用于汽車的MEMS技(ji)術智(zhi)能化硅壓阻(zu)式(shi)壓力傳感器的信號智(zhi)能調理設(she)計

傳(chuan)(chuan)感器(qi)輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)壓信號，Vo=VBΔR/R(R1=R2，R3=R4，ΔR1=ΔR2，ΔR3=R4)在理想狀態下其信號輸(shu)(shu)出(chu)是一個線性變化(hua)值。但是單晶(jing)硅(gui)材料(liao)的(de)(de)傳(chuan)(chuan)感器(qi)屬于半導體(ti)傳(chuan)(chuan)感器(qi)其受溫(wen)度的(de)(de)影響比較大。這使得(de)傳(chuan)(chuan)感器(qi)在環境(jing)溫(wen)度變化(hua)時輸(shu)(shu)出(chu)呈現變化(hua),影響讀出(chu)精度。對電(dian)橋加入溫(wen)度對電(dian)橋的(de)(de)影響，得(de)出(chu)下式:

V0=VBΔR/(R+ΔRt)

理想狀(zhuang)態(tai)下若ΔRt=0，則Vo=VBΔR/R，但(dan)是(shi)在(zai)(zai)汽車應用環境中溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)影響很(hen)大,所(suo)以(yi)必需采用補(bu)償(chang)(chang)(chang)技(ji)術。顯(xian)而(er)易見,在(zai)(zai)汽車常用的(de)(de)(de)工作溫(wen)區(qu),溫(wen)度(du)引入的(de)(de)(de)讀出誤(wu)差達到(dao)(dao)了10%左(zuo)右(you),這顯(xian)然(ran)是(shi)不允許的(de)(de)(de)。傳(chuan)統的(de)(de)(de)補(bu)償(chang)(chang)(chang)方法(fa)是(shi)在(zai)(zai)橋臂上串(chuan)并(bing)聯電阻法(fa)補(bu)償(chang)(chang)(chang),為提升工作效率(lv)采用激光修調預先制作在(zai)(zai)陶瓷基板上的(de)(de)(de)厚膜電阻網絡的(de)(de)(de)辦法(fa)來實現。但(dan)是(shi)此法(fa)有很(hen)多(duo)的(de)(de)(de)缺點和局限性,并(bing)且寬溫(wen)度(du)區(qu)的(de)(de)(de)補(bu)償(chang)(chang)(chang)后精度(du)也僅(jin)為2%~3%,達不到(dao)(dao)汽車測壓(ya)的(de)(de)(de)要求。通過采用數字化(hua)的(de)(de)(de)信號(hao)(hao)處理將傳(chuan)感器的(de)(de)(de)微弱信號(hao)(hao)轉化(hua)為標準(zhun)(zhun)電壓(ya)信號(hao)(hao),并(bing)且植入模型(xing)算法(fa)將輸(shu)出的(de)(de)(de)標準(zhun)(zhun)信號(hao)(hao)補(bu)償(chang)(chang)(chang)到(dao)(dao)一定的(de)(de)(de)精度(du)范(fan)圍(wei)內,是(shi)當(dang)代最新(xin)的(de)(de)(de)傳(chuan)感器信號(hao)(hao)調理技(ji)術。

在(zai)(zai)溫(wen)度傳感(gan)(gan)器(qi)的輔助作(zuo)(zuo)用下(xia)通過(guo)信(xin)號(hao)轉換開關(guan)分時讀取壓力(li)(li)與(yu)溫(wen)度的數(shu)(shu)值,通過(guo)可編程增益(yi)放大器(qi)將微弱(ruo)信(xin)號(hao)放大,再經過(guo)ADC量化傳感(gan)(gan)器(qi)的信(xin)號(hao)進入數(shu)(shu)字處(chu)理器(qi)計算(suan)當前溫(wen)度和 壓力(li)(li)下(xia)的補償后壓力(li)(li)輸(shu)出給數(shu)(shu)模(mo)轉換DAC輸(shu)出模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)。而溫(wen)度補償則可以通過(guo)通訊接口將參(can)數(shu)(shu)寫入EEPROM 供數(shu)(shu)字處(chu)理器(qi)計算(suan)時調用。如此多的功能部(bu)件(jian)均可集成制(zhi)作(zuo)(zuo)在(zai)(zai)一塊(kuai)單(dan)一芯片(pian)上,使得(de)ASIC電路很(hen)容易和MEMS技術制(zhi)作(zuo)(zuo)的壓力(li)(li)敏(min)感(gan)(gan)芯片(pian)封裝在(zai)(zai)一個小巧(qiao)的殼體中。

在寬溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)范圍內實(shi)測校(xiao)準(zhun)后的(de)(de)(de)傳感器(qi)有效(xiao)抑制(zhi)了溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)變化對(dui)其產(chan)生的(de)(de)(de)影響。多只標準(zhun)信(xin)號輸(shu)出(chu)的(de)(de)(de)傳感器(qi)寬溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)校(xiao)準(zhun)數據曲線：不難看出(chu),在寬溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)工作(zuo)環境下采用(yong)(yong)此法(fa)校(xiao)準(zhun)的(de)(de)(de)傳感器(qi)的(de)(de)(de)讀出(chu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)已達到寬溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)高(gao)精度(du)測量要求,且通過多通道的(de)(de)(de)通訊接口進行校(xiao)準(zhun)的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)與批量制(zhi)造技術(shu)兼容,實(shi)現制(zhi)造車(che)用(yong)(yong)傳感器(qi)的(de)(de)(de)高(gao)性價比的(de)(de)(de)要求。

汽(qi)車(che)上的傳(chuan)感(gan)器(qi)很多 ，下面介紹其他傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)汽(qi)車(che)的應用(yong)

汽車上的(de)傳感器是(shi)作為汽車電(dian)(dian)子控制(zhi)系統的(de)信息(xi)源(yuan)，是(shi)汽車電(dian)(dian)子控制(zhi)系統的(de)關鍵部件，也是(shi)汽車電(dian)(dian)子技術領域研究的(de)核心(xin)內容(rong)之一。汽車傳感器對溫度、壓(ya)力、位置、轉速、加速度和(he)振(zhen)動等各種信息(xi)進行(xing)實時、準(zhun)確的(de)測(ce)量和(he)控制(zhi)。

汽(qi)(qi)車(che)上的(de)(de)傳(chuan)感器(qi)是(shi)作為汽(qi)(qi)車(che)電(dian)子(zi)控制(zhi)(zhi)系統(tong)的(de)(de)信息(xi)源，是(shi)汽(qi)(qi)車(che)電(dian)子(zi)控制(zhi)(zhi)系統(tong)的(de)(de)關(guan)鍵部件，也是(shi)汽(qi)(qi)車(che)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)領(ling)域(yu)研究的(de)(de)核(he)心內容之一。汽(qi)(qi)車(che)傳(chuan)感器(qi)對溫度、壓(ya)力、位置、轉速、加速度和(he)振動(dong)等各種(zhong)信息(xi)進行實時(shi)、準確的(de)(de)測(ce)量(liang)和(he)控制(zhi)(zhi)。下面(mian)就介(jie)紹汽(qi)(qi)車(che)上傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)核(he)心，發動(dong)機控制(zhi)(zhi)傳(chuan)感器(qi)和(he)幾種(zhong)傳(chuan)感器(qi)新產品。

發(fa)動(dong)機(ji)(ji)管(guan)理(li)系統(tong)其采用各種傳感(gan)器(qi)，是整個汽車傳感(gan)器(qi)的核心，種類很(hen)多，包括溫(wen)度傳感(gan)器(qi)、壓力傳感(gan)器(qi)、位置和(he)(he)轉速傳感(gan)器(qi)、流量(liang)傳感(gan)器(qi)、氣體濃度傳感(gan)器(qi)和(he)(he)爆震傳感(gan)器(qi)等。這(zhe)些傳感(gan)器(qi)將發(fa)動(dong)機(ji)(ji)吸入(ru)(ru)空氣量(liang)、冷卻水溫(wen)度、發(fa)動(dong)機(ji)(ji)轉速與加減速等狀況轉換(huan)成(cheng)電信號(hao)送入(ru)(ru)控制器(qi)，控制器(qi)將這(zhe)些信息(xi)與儲存信息(xi)比較、精確(que)計算后輸出(chu)控制信號(hao)。發(fa)動(dong)機(ji)(ji)管(guan)理(li)系統(tong)不僅可(ke)(ke)以精確(que)控制燃油(you)供(gong)給量(liang)，以取(qu)代傳統(tong)的化油(you)器(qi)，而且可(ke)(ke)以控制點火提(ti)前角和(he)(he)怠速空氣流量(liang)等，極大地提(ti)高了(le)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)的性能。

如今(jin)汽車(che)(che)(che)(che)(che)行業的(de)發(fa)展(zhan)促使汽車(che)(che)(che)(che)(che)上的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)變得(de)更多，傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)特點也使得(de)汽車(che)(che)(che)(che)(che)變得(de)更加智能(neng)化(hua)(hua)，例如胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)監測(ce)(ce)系(xi)統是在每一個(ge)輪(lun)(lun)框內(nei)安裝(zhuang)微型壓(ya)(ya)力傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)來(lai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)，并通過(guo)無(wu)(wu)線(xian)發(fa)射器(qi)(qi)將信(xin)息傳(chuan)到駕駛前方的(de)上。輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)力太(tai)低時，系(xi)統會自動發(fa)出(chu)警(jing)報，提醒駕駛員(yuan)及(ji)時處理。這樣不但(dan)可以確(que)(que)保汽車(che)(che)(che)(che)(che)在行駛中的(de)安全，還(huan)能(neng)保護胎(tai)(tai)(tai)面(mian)，延(yan)長輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)使用(yong)壽命并達到省(sheng)油的(de)目(mu)的(de)。胎(tai)(tai)(tai)壓(ya)(ya)監測(ce)(ce)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)能(neng)夠精確(que)(que)地(di)測(ce)(ce)量(liang)(liang)輪(lun)(lun)胎(tai)(tai)(tai)的(de)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)和(he)溫度并將這些(xie)信(xin)息通過(guo)無(wu)(wu)線(xian)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸到安裝(zhuang)在車(che)(che)(che)(che)(che)內(nei)的(de)接(jie)收器(qi)(qi)上。如今(jin)車(che)(che)(che)(che)(che)內(nei)空(kong)氣(qi)(qi)污染對有(you)車(che)(che)(che)(che)(che)族(zu)的(de)健康構成了新的(de)威脅(xie)，這種威脅(xie)主要來(lai)自一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)。隨著有(you)車(che)(che)(che)(che)(che)族(zu)數(shu)量(liang)(liang)的(de)快(kuai)速增加，車(che)(che)(che)(che)(che)內(nei)的(de)空(kong)氣(qi)(qi)質量(liang)(liang)開(kai)始(shi)受(shou)到關注。一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)具有(you)靈敏度高、抗干擾性強、功耗低等特點，專門用(yong)于保證(zheng)車(che)(che)(che)(che)(che)內(nei)空(kong)氣(qi)(qi)質量(liang)(liang)安全。同時應用(yong)簡單、使用(yong)壽命長，可以及(ji)時地(di)監測(ce)(ce)車(che)(che)(che)(che)(che)內(nei)空(kong)氣(qi)(qi)質量(liang)(liang)。